JPH10327503A - 交流電車用静止型周波数変換装置 - Google Patents
交流電車用静止型周波数変換装置Info
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- JPH10327503A JPH10327503A JP9132666A JP13266697A JPH10327503A JP H10327503 A JPH10327503 A JP H10327503A JP 9132666 A JP9132666 A JP 9132666A JP 13266697 A JP13266697 A JP 13266697A JP H10327503 A JPH10327503 A JP H10327503A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 交流電車用静止型電力変換装置の低コスト化
を図る。 【解決手段】 電力系統４と、その系統周波数とは異な
る交流電力が供給される交流電車との間で電力を融通す
る静止型電力変換装置１において、交流電車に対する力
行電力はダイオード整流器２０を介して供給し、交流電
車からの回生電力のために、その回生電力量に応じた自
己消弧型半導体素子からなる電圧型インバータ２１を接
続することで、コストを低減させる。
を図る。 【解決手段】 電力系統４と、その系統周波数とは異な
る交流電力が供給される交流電車との間で電力を融通す
る静止型電力変換装置１において、交流電車に対する力
行電力はダイオード整流器２０を介して供給し、交流電
車からの回生電力のために、その回生電力量に応じた自
己消弧型半導体素子からなる電圧型インバータ２１を接
続することで、コストを低減させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電力系統の周波
数とは異なる交流電力が供給される交流電車と電力系統
との間で電力を融通するための静止型周波数変換装置に
関する。
数とは異なる交流電力が供給される交流電車と電力系統
との間で電力を融通するための静止型周波数変換装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の静止型周波数変換装置の例を図
２２に示す。周波数変換装置１はここでは電力変換器
２，３とトランス５，６およびコンデンサ７とから構成
される。電力変換器２は図２３に示すように、例えば自
己消弧型半導体素子（ここでは、代表例としてのゲート
ターンオフ素子（ＧＴＯ）で示す。）１０ａ〜１０ｆ
と、これらにそれぞれ逆並列接続されたダイオード１１
ａ〜１１ｆからなり、整流動作によって交流電力を直流
電力に変換し、インバータ動作によって直流電力を交流
電力に変換する。また、電力変換器３は、例えば自己消
弧型半導体素子１０ｇ〜１０ｌと、これらにそれぞれ逆
並列接続されたダイオード１１ｇ〜１１ｌからなり、電
力変換器２と同様の機能を有している。
２２に示す。周波数変換装置１はここでは電力変換器
２，３とトランス５，６およびコンデンサ７とから構成
される。電力変換器２は図２３に示すように、例えば自
己消弧型半導体素子（ここでは、代表例としてのゲート
ターンオフ素子（ＧＴＯ）で示す。）１０ａ〜１０ｆ
と、これらにそれぞれ逆並列接続されたダイオード１１
ａ〜１１ｆからなり、整流動作によって交流電力を直流
電力に変換し、インバータ動作によって直流電力を交流
電力に変換する。また、電力変換器３は、例えば自己消
弧型半導体素子１０ｇ〜１０ｌと、これらにそれぞれ逆
並列接続されたダイオード１１ｇ〜１１ｌからなり、電
力変換器２と同様の機能を有している。
【０００３】交流電車の例を図２４に示す。すなわち、
交流電車９はき電線１９より力行電力を供給され、トラ
ンス１５を介して自己消弧型半導体素子１７ａ〜１７ｄ
と、これらにそれぞれ逆並列接続されたダイオード１８
ａ〜１８ｄからなる電力変換器の整流動作により一旦直
流電力に変換され、自己消弧型半導体素子１７ｅ〜１７
ｊと、これらにそれぞれ逆並列接続されたダイオード１
８ｅ〜１８ｊとからなる電力変換器のインバータ動作に
よってモータ１３が駆動されることで走行する。また、
交流電車９が減速する場合は、モータ１３を発電動作さ
せることで、電気的に減速させる手法がとられている。
モータ１３を発電動作させることで生じる電力を回生電
力といい、モータ１３を駆動する場合とは逆に電力変換
器，トランスを介してき電線１９に回生する。
交流電車９はき電線１９より力行電力を供給され、トラ
ンス１５を介して自己消弧型半導体素子１７ａ〜１７ｄ
と、これらにそれぞれ逆並列接続されたダイオード１８
ａ〜１８ｄからなる電力変換器の整流動作により一旦直
流電力に変換され、自己消弧型半導体素子１７ｅ〜１７
ｊと、これらにそれぞれ逆並列接続されたダイオード１
８ｅ〜１８ｊとからなる電力変換器のインバータ動作に
よってモータ１３が駆動されることで走行する。また、
交流電車９が減速する場合は、モータ１３を発電動作さ
せることで、電気的に減速させる手法がとられている。
モータ１３を発電動作させることで生じる電力を回生電
力といい、モータ１３を駆動する場合とは逆に電力変換
器，トランスを介してき電線１９に回生する。
【０００４】図２２において、周波数変換装置１は交流
電車９に力行電力を供給する場合は、電力変換器２を整
流動作させて電力系統４の例えば５０Ｈｚの交流電力を
一旦直流電力に変換し、電力変換器３をインバータ動作
させて周波数の異なる、例えば６０Ｈｚの交流電力に変
換する。さらに、この交流電力は、スコットトランス８
を介して３相から２つの単相に変換され、交流電車９に
給電されている。また、交流電車９からの回生電力は、
他の交流電車の力行電力として供給されることが多い
が、他の交流電車が力行電力を必要としない場合は、何
らかの方法で回生電力を処理する必要がある。そこで、
交流電車９からの回生電力を電力系統４に回生する方法
が用いられ、この場合、電力変換器３を整流動作させて
一旦直流電力に変換し、電力変換器２をインバータ動作
させることで回生電力を電力系統４に回生するようにし
ている。
電車９に力行電力を供給する場合は、電力変換器２を整
流動作させて電力系統４の例えば５０Ｈｚの交流電力を
一旦直流電力に変換し、電力変換器３をインバータ動作
させて周波数の異なる、例えば６０Ｈｚの交流電力に変
換する。さらに、この交流電力は、スコットトランス８
を介して３相から２つの単相に変換され、交流電車９に
給電されている。また、交流電車９からの回生電力は、
他の交流電車の力行電力として供給されることが多い
が、他の交流電車が力行電力を必要としない場合は、何
らかの方法で回生電力を処理する必要がある。そこで、
交流電車９からの回生電力を電力系統４に回生する方法
が用いられ、この場合、電力変換器３を整流動作させて
一旦直流電力に変換し、電力変換器２をインバータ動作
させることで回生電力を電力系統４に回生するようにし
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、交流電車９
の力行電力が大きいことから、周波数変換装置１として
は大容量（数１０ＭＶＡ級）の電力変換器が必要とな
る。これに対して、交流電車９からの回生電力は他の交
流電車の力行電力として供給されることもあるため、実
際に電力系統４に回生する電力は力行電力の数１０％程
度と少ない。このため、電力変換器２，３を自己消弧型
半導体素子を用いて構成すると、非常にコスト高になる
という問題を有することになる。したがって、この発明
の課題は、周波数変換装置の低コスト化を図ることにあ
る。
の力行電力が大きいことから、周波数変換装置１として
は大容量（数１０ＭＶＡ級）の電力変換器が必要とな
る。これに対して、交流電車９からの回生電力は他の交
流電車の力行電力として供給されることもあるため、実
際に電力系統４に回生する電力は力行電力の数１０％程
度と少ない。このため、電力変換器２，３を自己消弧型
半導体素子を用いて構成すると、非常にコスト高になる
という問題を有することになる。したがって、この発明
の課題は、周波数変換装置の低コスト化を図ることにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
べく、請求項１の発明では、電力系統と、この電力系統
の周波数とは異なる交流電力が供給される交流電車との
間で電力を融通するため、交流電力を直流電力に変換し
変換された直流電力を交流電力に変換するための交流電
車用静止型周波数変換装置において、前記交流電車の力
行電力は前記電力系統からダイオードからなる整流器を
用いて直流側に供給し、交流電車からの回生電力は前記
直流側から回生電力に応じた容量の自己消弧型半導体素
子からなる電圧型インバータを用いて電力系統に回生す
るようにしている。
べく、請求項１の発明では、電力系統と、この電力系統
の周波数とは異なる交流電力が供給される交流電車との
間で電力を融通するため、交流電力を直流電力に変換し
変換された直流電力を交流電力に変換するための交流電
車用静止型周波数変換装置において、前記交流電車の力
行電力は前記電力系統からダイオードからなる整流器を
用いて直流側に供給し、交流電車からの回生電力は前記
直流側から回生電力に応じた容量の自己消弧型半導体素
子からなる電圧型インバータを用いて電力系統に回生す
るようにしている。
【０００７】上記請求項１の発明では、ダイオードから
なる整流器に代えてサイリスタからなる整流器を用いる
ことができ（請求項２の発明）、前記自己消弧型半導体
素子からなる電圧型インバータに代えて自己消弧型半導
体素子からなる電流型インバータを用いることができ
（請求項３の発明）、または、前記自己消弧型半導体素
子からなる電圧型インバータに代えてサイリスタからな
る電圧型インバータを用いることができ（請求項７の発
明）、もしくは、前記自己消弧型半導体素子からなる電
圧型インバータに代えてサイリスタからなる電流型イン
バータを用いることができる（請求項９の発明）。
なる整流器に代えてサイリスタからなる整流器を用いる
ことができ（請求項２の発明）、前記自己消弧型半導体
素子からなる電圧型インバータに代えて自己消弧型半導
体素子からなる電流型インバータを用いることができ
（請求項３の発明）、または、前記自己消弧型半導体素
子からなる電圧型インバータに代えてサイリスタからな
る電圧型インバータを用いることができ（請求項７の発
明）、もしくは、前記自己消弧型半導体素子からなる電
圧型インバータに代えてサイリスタからなる電流型イン
バータを用いることができる（請求項９の発明）。
【０００８】請求項４の発明では、電力系統と、この電
力系統の周波数とは異なる交流電力が供給される交流電
車との間で電力を融通するため、交流電力を直流電力に
変換し変換された直流電力を交流電力に変換するための
交流電車用静止型周波数変換装置において、前記交流電
車の力行電力は前記電力系統からサイリスタからなる整
流器を用いて直流側に供給し、交流電車からの回生電力
は前記直流側から回生電力に応じた容量の自己消弧型半
導体素子からなる電流型インバータを用いて電力系統に
回生するようにする。この請求項４の発明では、前記自
己消弧型半導体素子からなる電流型インバータに代えて
サイリスタからなる電圧型インバータを用いることがで
き（請求項８の発明）、または、前記自己消弧型半導体
素子からなる電流型インバータに代えてサイリスタから
なる電流型インバータを用いることができる（請求項１
０の発明）。
力系統の周波数とは異なる交流電力が供給される交流電
車との間で電力を融通するため、交流電力を直流電力に
変換し変換された直流電力を交流電力に変換するための
交流電車用静止型周波数変換装置において、前記交流電
車の力行電力は前記電力系統からサイリスタからなる整
流器を用いて直流側に供給し、交流電車からの回生電力
は前記直流側から回生電力に応じた容量の自己消弧型半
導体素子からなる電流型インバータを用いて電力系統に
回生するようにする。この請求項４の発明では、前記自
己消弧型半導体素子からなる電流型インバータに代えて
サイリスタからなる電圧型インバータを用いることがで
き（請求項８の発明）、または、前記自己消弧型半導体
素子からなる電流型インバータに代えてサイリスタから
なる電流型インバータを用いることができる（請求項１
０の発明）。
【０００９】請求項５の発明では、電力系統と、この電
力系統の周波数とは異なる交流電力が供給される交流電
車との間で電力を融通するため、交流電力を直流電力に
変換し変換された直流電力を交流電力に変換するための
交流電車用静止型周波数変換装置において、前記交流電
車の力行電力は前記電力系統からダイオードからなる整
流器を用いて直流側に供給し、交流電車からの回生電力
は前記直流側から回生電力に応じた容量の自己消弧型半
導体素子と抵抗からなる抵抗チョッパを用いて消費する
ことができる。この請求項５の発明では、前記ダイオー
ドからなる整流器に代えてサイリスタからなる整流器を
用いることができる（請求項６の発明）。
力系統の周波数とは異なる交流電力が供給される交流電
車との間で電力を融通するため、交流電力を直流電力に
変換し変換された直流電力を交流電力に変換するための
交流電車用静止型周波数変換装置において、前記交流電
車の力行電力は前記電力系統からダイオードからなる整
流器を用いて直流側に供給し、交流電車からの回生電力
は前記直流側から回生電力に応じた容量の自己消弧型半
導体素子と抵抗からなる抵抗チョッパを用いて消費する
ことができる。この請求項５の発明では、前記ダイオー
ドからなる整流器に代えてサイリスタからなる整流器を
用いることができる（請求項６の発明）。
【００１０】請求項１１の発明では、電力系統と、この
電力系統の周波数とは異なる交流電力が供給される交流
電車との間で電力を融通するため、交流電力を直流電力
に変換し変換された直流電力を交流電力に変換するため
の交流電車用静止型周波数変換装置において、サイリス
タからなる可逆整流器を用いて交流電車への力行電力と
交流電車からの回生電力とを融通するようにしている。
電力系統の周波数とは異なる交流電力が供給される交流
電車との間で電力を融通するため、交流電力を直流電力
に変換し変換された直流電力を交流電力に変換するため
の交流電車用静止型周波数変換装置において、サイリス
タからなる可逆整流器を用いて交流電車への力行電力と
交流電車からの回生電力とを融通するようにしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す構成図である。図１に示すように、周波数変換
装置１はここではダイオード整流器２０、リアクトル２
２、電力変換器３、自己消弧型半導体素子を用いた電圧
型インバータ２１、トランス５，６，２３およびコンデ
ンサ７等から構成される。図２にダイオード整流器の具
体例を示す。これは、ダイオード２４ａ〜２４ｆからな
り、電力系統４から交流電車への力行電力を直流側に供
給する。図３に自己消弧型半導体素子を用いた電圧型イ
ンバータの具体例を示す。これは、自己消弧型半導体素
子２５ａ〜２５ｆとこれらに逆並列接続されたダイオー
ド２６ａ〜２６ｆからなり、交流電車からの回生電力を
電力系統４に回生する。なお、図２，図３とも６アーム
の整流器またはインバータであるが、これらを直列また
は並列多重構成にしても良い。
態を示す構成図である。図１に示すように、周波数変換
装置１はここではダイオード整流器２０、リアクトル２
２、電力変換器３、自己消弧型半導体素子を用いた電圧
型インバータ２１、トランス５，６，２３およびコンデ
ンサ７等から構成される。図２にダイオード整流器の具
体例を示す。これは、ダイオード２４ａ〜２４ｆからな
り、電力系統４から交流電車への力行電力を直流側に供
給する。図３に自己消弧型半導体素子を用いた電圧型イ
ンバータの具体例を示す。これは、自己消弧型半導体素
子２５ａ〜２５ｆとこれらに逆並列接続されたダイオー
ド２６ａ〜２６ｆからなり、交流電車からの回生電力を
電力系統４に回生する。なお、図２，図３とも６アーム
の整流器またはインバータであるが、これらを直列また
は並列多重構成にしても良い。
【００１２】図４に図３の制御回路例を示す。これは、
図３の電圧型インバータに対して直流電圧検出器２７、
直流電圧設定器２８、減算器２９、リミッタ６０、直流
電圧調節器３０およびＰＷＭ演算器３１等から構成され
る。リミッタ６０は負の入力を制限し、負の入力に対し
て零出力する。いま、交流電車からの回生電力により直
流電圧が高くなると、直流電圧検出器２７により検出さ
れた値から直流電圧設定器２８の値を減算した値にもと
づき、直流電圧調節器３０により有効電圧指令値が演算
され、電力系統４に電力を回生するように制御が行なわ
れる。また、直流電圧が設定値よりも低い場合は、リミ
ッタ６０により制限されて零出力されることから、イン
バータは動作しない。
図３の電圧型インバータに対して直流電圧検出器２７、
直流電圧設定器２８、減算器２９、リミッタ６０、直流
電圧調節器３０およびＰＷＭ演算器３１等から構成され
る。リミッタ６０は負の入力を制限し、負の入力に対し
て零出力する。いま、交流電車からの回生電力により直
流電圧が高くなると、直流電圧検出器２７により検出さ
れた値から直流電圧設定器２８の値を減算した値にもと
づき、直流電圧調節器３０により有効電圧指令値が演算
され、電力系統４に電力を回生するように制御が行なわ
れる。また、直流電圧が設定値よりも低い場合は、リミ
ッタ６０により制限されて零出力されることから、イン
バータは動作しない。
【００１３】前述のように、交流電車からの回生電力は
他の交流電車の力行電力として供給される場合があるこ
とから、電力系統４に回生される回生電力は力行電力の
数１０％である。このため、力行電力を１００％とし、
回生電力を２０％と仮定すると、１００％容量のダイオ
ード整流器２０と２０％容量の自己消弧型半導体素子を
用いた電圧型インバータ２１で構成することができ、周
波数変換装置１のコストを低減することができる。この
ように、力行電力用ダイオード整流器２０と、回生電力
量に応じた回生電力専用の自己消弧型半導体素子を用い
た電圧型インバータ２１で構成することで、周波数変換
装置１のコストを低減し得る利点が得られる。
他の交流電車の力行電力として供給される場合があるこ
とから、電力系統４に回生される回生電力は力行電力の
数１０％である。このため、力行電力を１００％とし、
回生電力を２０％と仮定すると、１００％容量のダイオ
ード整流器２０と２０％容量の自己消弧型半導体素子を
用いた電圧型インバータ２１で構成することができ、周
波数変換装置１のコストを低減することができる。この
ように、力行電力用ダイオード整流器２０と、回生電力
量に応じた回生電力専用の自己消弧型半導体素子を用い
た電圧型インバータ２１で構成することで、周波数変換
装置１のコストを低減し得る利点が得られる。
【００１４】また、８０％容量のダイオード整流器２０
と２０％容量の自己消弧型半導体素子を用いた電圧型イ
ンバータ２１とで構成し、交流電車への力行電力は両電
力変換器で直流側に供給し、回生電力は自己消弧型半導
体素子を用いた電圧型インバータ２１で電力系統４に回
生するようにしても良い。さらに、図５のように、ダイ
オード整流器２０の無効電力を補償するように、ダイオ
ード整流器２０からの電流を電流検出器３３で検出し、
電圧検出器３４で検出した値から無効電流指令値を演算
する無効電力演算器３２を設けることで、力率を調整す
ることも可能である。
と２０％容量の自己消弧型半導体素子を用いた電圧型イ
ンバータ２１とで構成し、交流電車への力行電力は両電
力変換器で直流側に供給し、回生電力は自己消弧型半導
体素子を用いた電圧型インバータ２１で電力系統４に回
生するようにしても良い。さらに、図５のように、ダイ
オード整流器２０の無効電力を補償するように、ダイオ
ード整流器２０からの電流を電流検出器３３で検出し、
電圧検出器３４で検出した値から無効電流指令値を演算
する無効電力演算器３２を設けることで、力率を調整す
ることも可能である。
【００１５】図６に図１に対する第１の変形例を示す。
図６からも明らかなように、この例は図１に示すダイオ
ード整流器２０の代わりに、サイリスタ整流器３５を用
いた点が特徴である。このサイリスタ整流器３５として
は、図７に示すようなサイリスタ３６ａ〜３６ｆからな
るものを用いることができる。ダイオード整流器２０
を、サイリスタ整流器３５に変えた他は図１，図３〜図
５で説明したとおりなので、詳細は省略する。
図６からも明らかなように、この例は図１に示すダイオ
ード整流器２０の代わりに、サイリスタ整流器３５を用
いた点が特徴である。このサイリスタ整流器３５として
は、図７に示すようなサイリスタ３６ａ〜３６ｆからな
るものを用いることができる。ダイオード整流器２０
を、サイリスタ整流器３５に変えた他は図１，図３〜図
５で説明したとおりなので、詳細は省略する。
【００１６】図８に図１に対する第２の変形例を示す。
図８からも明らかなように、この例は図１に示す自己消
弧型半導体素子を用いた電圧型インバータ２１の代わり
に、自己消弧型半導体素子を用いた電流型インバータ３
７を用いた点が特徴である。なお、４１はリアクトルで
ある。自己消弧型半導体素子を用いた電流型インバータ
３７としては、図９に示すような自己消弧型半導体素子
４２ａ〜４２ｆからなるものを用いることができる。自
己消弧型半導体素子を用いた電圧型インバータ２１を、
自己消弧型半導体素子を用いた電流型インバータ３７に
変えた他は図１，２および図４，５で説明したとおりな
ので、詳細は省略する。
図８からも明らかなように、この例は図１に示す自己消
弧型半導体素子を用いた電圧型インバータ２１の代わり
に、自己消弧型半導体素子を用いた電流型インバータ３
７を用いた点が特徴である。なお、４１はリアクトルで
ある。自己消弧型半導体素子を用いた電流型インバータ
３７としては、図９に示すような自己消弧型半導体素子
４２ａ〜４２ｆからなるものを用いることができる。自
己消弧型半導体素子を用いた電圧型インバータ２１を、
自己消弧型半導体素子を用いた電流型インバータ３７に
変えた他は図１，２および図４，５で説明したとおりな
ので、詳細は省略する。
【００１７】図１０にこの発明の第２の実施の形態を示
す。周波数変換装置１はここではサイリスタ整流器３５
およびリアクトル４０，４１、電力変換器３、自己消弧
型半導体素子を用いた電流型インバータ３７、トランス
５，６，２３、コンデンサ７などから構成される。サイ
リスタ整流器３５としては図７に示されるものを使用す
ることができ、電力系統４から交流電車９への力行電力
を直流側に供給する。また、自己消弧型半導体素子を用
いた電流型インバータ３７としては図９に示されるもの
を使用することができ、交流電車９からの回生電力を電
力系統４に回生する。図７，図９に示す整流器，インバ
ータは６アーム構成であるが、これを直列または並列多
重構成として用いることもできる。
す。周波数変換装置１はここではサイリスタ整流器３５
およびリアクトル４０，４１、電力変換器３、自己消弧
型半導体素子を用いた電流型インバータ３７、トランス
５，６，２３、コンデンサ７などから構成される。サイ
リスタ整流器３５としては図７に示されるものを使用す
ることができ、電力系統４から交流電車９への力行電力
を直流側に供給する。また、自己消弧型半導体素子を用
いた電流型インバータ３７としては図９に示されるもの
を使用することができ、交流電車９からの回生電力を電
力系統４に回生する。図７，図９に示す整流器，インバ
ータは６アーム構成であるが、これを直列または並列多
重構成として用いることもできる。
【００１８】前述のように、交流電車からの回生電力は
他の交流電車の力行電力として供給される場合があるこ
とから、電力系統４に回生される回生電力は力行電力の
数１０％である。このため、力行電力を１００％とし、
回生電力を２０％と仮定すると、１００％容量のサイリ
スタ整流器３５と２０％容量の自己消弧型半導体素子を
用いた電流型インバータ３７で構成することができ、周
波数変換装置１のコストを低減することができる。この
ように、力行電力用サイリスタ整流器３５と、回生電力
量に応じた回生電力専用の自己消弧型半導体素子を用い
た電流型インバータ３７で構成することで、周波数変換
装置１のコストを低減し得る利点が得られる。また、サ
イリスタ整流器３５の無効電力を補償するように、サイ
リスタ整流器３５からの電流，電圧を検出して無効電流
指令値を演算する無効電力演算器を設けることで、力率
を調整することも可能である。
他の交流電車の力行電力として供給される場合があるこ
とから、電力系統４に回生される回生電力は力行電力の
数１０％である。このため、力行電力を１００％とし、
回生電力を２０％と仮定すると、１００％容量のサイリ
スタ整流器３５と２０％容量の自己消弧型半導体素子を
用いた電流型インバータ３７で構成することができ、周
波数変換装置１のコストを低減することができる。この
ように、力行電力用サイリスタ整流器３５と、回生電力
量に応じた回生電力専用の自己消弧型半導体素子を用い
た電流型インバータ３７で構成することで、周波数変換
装置１のコストを低減し得る利点が得られる。また、サ
イリスタ整流器３５の無効電力を補償するように、サイ
リスタ整流器３５からの電流，電圧を検出して無効電流
指令値を演算する無効電力演算器を設けることで、力率
を調整することも可能である。
【００１９】図１１にこの発明の第３の実施の形態を示
す。周波数変換装置１はここではダイオード整流器２０
およびリアクトル２２、電力変換器３、抵抗チョッパ４
４、トランス５，６、コンデンサ７などから構成され
る。ダイオード整流器２０としては図２に示されるもの
を使用することができ、電力系統４から交流電車９への
力行電力を直流側に供給する。また、抵抗チョッパ４４
としては図１２に示すような、自己消弧型半導体素子４
５と抵抗４６からなるものを用いることができ、交流電
車９からの回生電力量に応じて自己消弧型半導体素子４
５の導通率を変え、抵抗４６で消費するようにする。図
２に示されるダイオード整流器は６アーム構成である
が、これを直列または並列多重構成として用いることも
できる。
す。周波数変換装置１はここではダイオード整流器２０
およびリアクトル２２、電力変換器３、抵抗チョッパ４
４、トランス５，６、コンデンサ７などから構成され
る。ダイオード整流器２０としては図２に示されるもの
を使用することができ、電力系統４から交流電車９への
力行電力を直流側に供給する。また、抵抗チョッパ４４
としては図１２に示すような、自己消弧型半導体素子４
５と抵抗４６からなるものを用いることができ、交流電
車９からの回生電力量に応じて自己消弧型半導体素子４
５の導通率を変え、抵抗４６で消費するようにする。図
２に示されるダイオード整流器は６アーム構成である
が、これを直列または並列多重構成として用いることも
できる。
【００２０】前述のように、交流電車からの回生電力は
他の交流電車の力行電力として供給される場合があるこ
とから、電力系統４に回生される回生電力は力行電力の
数１０％である。このため、力行電力を１００％とし、
回生電力を２０％と仮定すると、１００％容量のダイオ
ード整流器２０と２０％容量の抵抗チョッパ４４で構成
することができ、周波数変換装置１のコストを低減する
ことができる。このように、力行電力用ダイオード整流
器２０と、回生電力量に応じた回生電力専用の抵抗チョ
ッパ４４で構成することで、周波数変換装置１のコスト
を低減し得る利点が得られる。
他の交流電車の力行電力として供給される場合があるこ
とから、電力系統４に回生される回生電力は力行電力の
数１０％である。このため、力行電力を１００％とし、
回生電力を２０％と仮定すると、１００％容量のダイオ
ード整流器２０と２０％容量の抵抗チョッパ４４で構成
することができ、周波数変換装置１のコストを低減する
ことができる。このように、力行電力用ダイオード整流
器２０と、回生電力量に応じた回生電力専用の抵抗チョ
ッパ４４で構成することで、周波数変換装置１のコスト
を低減し得る利点が得られる。
【００２１】図１３に図１１の変形例を示す。これは図
１１のダイオード整流器２０をサイリスタ整流器３５に
変えた点が特徴である。サイリスタ整流器３５としては
図７に示されるものを使用することができ、電力系統４
から交流電車９への力行電力を直流側に供給する。この
整流器は６アーム構成であるが、これを直列または並列
多重構成として用いることもできる。その他は、図１１
と同様なので詳細は省略する。
１１のダイオード整流器２０をサイリスタ整流器３５に
変えた点が特徴である。サイリスタ整流器３５としては
図７に示されるものを使用することができ、電力系統４
から交流電車９への力行電力を直流側に供給する。この
整流器は６アーム構成であるが、これを直列または並列
多重構成として用いることもできる。その他は、図１１
と同様なので詳細は省略する。
【００２２】図１４に図１の第４変形例を示す。図１４
からも明らかなように、この例は図１に示す自己消弧型
半導体素子を用いた電圧型インバータ２１の代わりに、
サイリスタを用いた電圧型インバータ４７を用いた点が
特徴である。このサイリスタを用いた電圧型インバータ
４７としては、図１５に示すようなサイリスタ４８ａ〜
４８ｆとこれらにそれぞれ逆並列接続されたダイオード
５２ａ〜５２ｆ、サイリスタ４８ａ〜４８ｆを強制転流
させるための補助サイリスタ４９ａ〜４９ｆ、リアクト
ル５０ａ〜５０ｃ、コンデンサ５１ａ〜５１ｃからなる
補助インパルス転流方式のサイリスタを用いた電圧型イ
ンバータとすることができ、交流電車９からの回生電力
を電力系統４に回生する。その他は図１，図２，図４，
図５で説明したとおりなので、詳細は省略する。
からも明らかなように、この例は図１に示す自己消弧型
半導体素子を用いた電圧型インバータ２１の代わりに、
サイリスタを用いた電圧型インバータ４７を用いた点が
特徴である。このサイリスタを用いた電圧型インバータ
４７としては、図１５に示すようなサイリスタ４８ａ〜
４８ｆとこれらにそれぞれ逆並列接続されたダイオード
５２ａ〜５２ｆ、サイリスタ４８ａ〜４８ｆを強制転流
させるための補助サイリスタ４９ａ〜４９ｆ、リアクト
ル５０ａ〜５０ｃ、コンデンサ５１ａ〜５１ｃからなる
補助インパルス転流方式のサイリスタを用いた電圧型イ
ンバータとすることができ、交流電車９からの回生電力
を電力系統４に回生する。その他は図１，図２，図４，
図５で説明したとおりなので、詳細は省略する。
【００２３】図１６に図１０の第１変形例を示す。これ
は、図１０の自己消弧型半導体素子を用いた電流型イン
バータ３７に代えて、サイリスタを用いた電圧型インバ
ータ４７を用いるようにした点が特徴である。サイリス
タを用いた電圧型インバータ４７としては図１５に示す
ものが利用でき、交流電車９からの回生電力を電力系統
４に回生する。また、サイリスタ整流器３５としては図
７に示されるものを使用することができ、電力系統４か
ら交流電車９への力行電力を直流側に供給する。その他
は図１０の場合と同様なので詳細は省略する。
は、図１０の自己消弧型半導体素子を用いた電流型イン
バータ３７に代えて、サイリスタを用いた電圧型インバ
ータ４７を用いるようにした点が特徴である。サイリス
タを用いた電圧型インバータ４７としては図１５に示す
ものが利用でき、交流電車９からの回生電力を電力系統
４に回生する。また、サイリスタ整流器３５としては図
７に示されるものを使用することができ、電力系統４か
ら交流電車９への力行電力を直流側に供給する。その他
は図１０の場合と同様なので詳細は省略する。
【００２４】図１７に図１の第４変形例を示す。図１７
からも明らかなように、この例は図１に示す自己消弧型
半導体素子を用いた電圧型インバータ２１の代わりに、
サイリスタを用いた電流型インバータ５３を用いた点が
特徴である。このサイリスタを用いた電流型インバータ
５３としては、図１８に示すようなサイリスタ５４ａ〜
５４ｆからなるものを用いることができる。自己消弧型
半導体素子を用いた電圧型インバータ２１を、サイリス
タを用いた電流型インバータ５３に変えた他は図１，図
２，図４，図５で説明したとおりなので、詳細は省略す
る。
からも明らかなように、この例は図１に示す自己消弧型
半導体素子を用いた電圧型インバータ２１の代わりに、
サイリスタを用いた電流型インバータ５３を用いた点が
特徴である。このサイリスタを用いた電流型インバータ
５３としては、図１８に示すようなサイリスタ５４ａ〜
５４ｆからなるものを用いることができる。自己消弧型
半導体素子を用いた電圧型インバータ２１を、サイリス
タを用いた電流型インバータ５３に変えた他は図１，図
２，図４，図５で説明したとおりなので、詳細は省略す
る。
【００２５】図１９に図１０の第２変形例を示す。これ
は、図１０の自己消弧型半導体素子を用いた電流型イン
バータ３７に代えて、サイリスタを用いた電流型インバ
ータ５３を用いるようにした点が特徴である。サイリス
タを用いた電圧型インバータ５３としては図１８に示す
ものが利用でき、交流電車９からの回生電力を電力系統
４に回生する。また、サイリスタ整流器３５としては図
７に示されるものを使用することができ、電力系統４か
ら交流電車９への力行電力を直流側に供給する。その他
は図１０の場合と同様なので詳細は省略する。
は、図１０の自己消弧型半導体素子を用いた電流型イン
バータ３７に代えて、サイリスタを用いた電流型インバ
ータ５３を用いるようにした点が特徴である。サイリス
タを用いた電圧型インバータ５３としては図１８に示す
ものが利用でき、交流電車９からの回生電力を電力系統
４に回生する。また、サイリスタ整流器３５としては図
７に示されるものを使用することができ、電力系統４か
ら交流電車９への力行電力を直流側に供給する。その他
は図１０の場合と同様なので詳細は省略する。
【００２６】図２０はこの発明の第４の実施の形態を示
す構成図である。周波数変換装置１はここでは可逆整流
器５６およびリアクトル５７、電力変換器３、トランス
５，６、コンデンサ７などから構成される。可逆整流器
５６としては図２１に示されるような整流器としてのサ
イリスタ５８ａ〜５８ｆと、インバータとしてのサイリ
スタ５８ｇ〜５８ｌからなるものを使用することがで
き、電力系統４から交流電車９への力行電力を直流側に
供給する。図２に示されるダイオード整流器は６アーム
構成であるが、これを直列または並列多重構成として用
いることもできる。
す構成図である。周波数変換装置１はここでは可逆整流
器５６およびリアクトル５７、電力変換器３、トランス
５，６、コンデンサ７などから構成される。可逆整流器
５６としては図２１に示されるような整流器としてのサ
イリスタ５８ａ〜５８ｆと、インバータとしてのサイリ
スタ５８ｇ〜５８ｌからなるものを使用することがで
き、電力系統４から交流電車９への力行電力を直流側に
供給する。図２に示されるダイオード整流器は６アーム
構成であるが、これを直列または並列多重構成として用
いることもできる。
【００２７】前述のように、交流電車からの回生電力は
他の交流電車の力行電力として供給される場合があるこ
とから、電力系統４に回生される回生電力は力行電力の
数１０％である。このため、力行電力を１００％とし回
生電力を２０％と仮定すると、サイリスタ５８ａ〜５８
ｆで構成される整流器を１００％容量とし、サイリスタ
５８ｇ〜５８ｌで構成されるインバータを２０％容量と
して構成することができ、周波数変換装置１のコストを
低減することができる。このように、力行電力と回生電
力量に応じた可逆整流器５６で構成することで、周波数
変換装置１のコストを低減し得る利点が得られる。
他の交流電車の力行電力として供給される場合があるこ
とから、電力系統４に回生される回生電力は力行電力の
数１０％である。このため、力行電力を１００％とし回
生電力を２０％と仮定すると、サイリスタ５８ａ〜５８
ｆで構成される整流器を１００％容量とし、サイリスタ
５８ｇ〜５８ｌで構成されるインバータを２０％容量と
して構成することができ、周波数変換装置１のコストを
低減することができる。このように、力行電力と回生電
力量に応じた可逆整流器５６で構成することで、周波数
変換装置１のコストを低減し得る利点が得られる。
【００２８】
【発明の効果】この発明によれば、電力系統とその系統
の周波数とは異なる交流電力を供給される交流電車との
間で電力を融通する静止形周波数変換装置において、交
流電車への力行電力はダイオード，サイリスタ等の安価
な半導体素子を用いた整流器にて供給し、交流電車から
の回生電力に応じた小容量の回生電力専用の電力変換装
置を接続することで、低コストの静止形周波数変換装置
を構成可能とする。
の周波数とは異なる交流電力を供給される交流電車との
間で電力を融通する静止形周波数変換装置において、交
流電車への力行電力はダイオード，サイリスタ等の安価
な半導体素子を用いた整流器にて供給し、交流電車から
の回生電力に応じた小容量の回生電力専用の電力変換装
置を接続することで、低コストの静止形周波数変換装置
を構成可能とする。
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図２】図１で用いられるダイオード整流器の具体例を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図３】図１で用いられる電圧型インバータの具体例を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図４】電圧型インバータの制御回路例を示す構成図で
ある。
ある。
【図５】電圧型インバータの他の制御回路例を示す構成
図である。
図である。
【図６】図１の第１変形例を示す構成図である。
【図７】サイリスタ整流器の具体例を示す構成図であ
る。
る。
【図８】図１の第２変形例を示す構成図である。
【図９】電流型インバータの制御回路例を示す構成図で
ある。
ある。
【図１０】この発明の第２の実施の形態を示す構成図で
ある。
ある。
【図１１】この発明の第３の実施の形態を示す構成図で
ある。
ある。
【図１２】抵抗チョッパ例を示す構成図である。
【図１３】図１１の変形例を示す構成図である。
【図１４】図１の第３変形例を示す構成図である。
【図１５】電圧型インバータの具体例を示す構成図であ
る。
る。
【図１６】図１０のの第１変形例を示す構成図である。
【図１７】図１の第４変形例を示す構成図である。
【図１８】サイリスタを用いた電流型インバータ例を示
す構成図である。
す構成図である。
【図１９】図１０の第２変形例を示す構成図である。
【図２０】この発明の第４の実施の形態を示す構成図で
ある。
ある。
【図２１】可逆整流器の例を示す構成図である。
【図２２】従来例を示す構成図である。
【図２３】電力変換器の具体例を示す構成図である。
【図２４】交流電車システムの一般的な例を示すシステ
ム構成図である。
ム構成図である。
１…周波数変換装置、２，３…電力変換器、４…電力系
統、５，６，２３…トランス、７，１２，５１ａ，５１
ｃ…コンデンサ、８…スコットトランス、９…交流電
車、１０ａ〜１０ｌ，１７ａ〜１７ｊ，２５ａ〜２５
ｆ，４２ａ〜４２ｆ，４５…自己消弧型半導体素子、１
１ａ〜１１ｌ，１８ａ〜１８ｊ，２４ａ〜２４ｆ，２６
ａ〜２６ｆ，５２ａ〜５２ｆ…ダイオード、１３…モー
タ、１４…パンタグラフ、１５…トランス、１６…接地
装置、１９…き電線、２０…ダイオード整流器、２２，
４０，４１，５０ａ，５０ｃ，５５，５７…リアクト
ル、２７…直流電圧検出器、２７…直流電圧設定器、２
９…減算器、３０…直流電圧調節器、３１…ＰＷＭ（パ
ルス幅変調）演算器、３２…無効電力演算器、３３…電
流検出器、３４…電圧検出器、３５…サイリスタ整流
器、３６ａ〜３６ｆ，４８ａ〜４８ｆ，５４ａ〜５４
ｆ，５８ａ〜５４ｌ…サイリスタ、３７…自己消弧型半
導体素子による電流型インバータ、４４…抵抗チョッ
パ、４６…抵抗、４７…サイリスタによる電圧型インバ
ータ、４９ａ〜４９ｆ…補助サイリスタ、５３…サイリ
スタによる電流型インバータ、５６…可逆整流器、６０
…リミッタ。
統、５，６，２３…トランス、７，１２，５１ａ，５１
ｃ…コンデンサ、８…スコットトランス、９…交流電
車、１０ａ〜１０ｌ，１７ａ〜１７ｊ，２５ａ〜２５
ｆ，４２ａ〜４２ｆ，４５…自己消弧型半導体素子、１
１ａ〜１１ｌ，１８ａ〜１８ｊ，２４ａ〜２４ｆ，２６
ａ〜２６ｆ，５２ａ〜５２ｆ…ダイオード、１３…モー
タ、１４…パンタグラフ、１５…トランス、１６…接地
装置、１９…き電線、２０…ダイオード整流器、２２，
４０，４１，５０ａ，５０ｃ，５５，５７…リアクト
ル、２７…直流電圧検出器、２７…直流電圧設定器、２
９…減算器、３０…直流電圧調節器、３１…ＰＷＭ（パ
ルス幅変調）演算器、３２…無効電力演算器、３３…電
流検出器、３４…電圧検出器、３５…サイリスタ整流
器、３６ａ〜３６ｆ，４８ａ〜４８ｆ，５４ａ〜５４
ｆ，５８ａ〜５４ｌ…サイリスタ、３７…自己消弧型半
導体素子による電流型インバータ、４４…抵抗チョッ
パ、４６…抵抗、４７…サイリスタによる電圧型インバ
ータ、４９ａ〜４９ｆ…補助サイリスタ、５３…サイリ
スタによる電流型インバータ、５６…可逆整流器、６０
…リミッタ。
Claims (11)
- 【請求項１】 電力系統と、この電力系統の周波数とは
異なる交流電力が供給される交流電車との間で電力を融
通するため、交流電力を直流電力に変換し変換された直
流電力を交流電力に変換するための交流電車用静止型周
波数変換装置において、 前記交流電車の力行電力は前記電力系統からダイオード
からなる整流器を用いて直流側に供給し、交流電車から
の回生電力は前記直流側から回生電力に応じた容量の自
己消弧型半導体素子からなる電圧型インバータを用いて
電力系統に回生することを特徴とする交流電車用静止型
周波数変換装置。 - 【請求項２】 前記ダイオードからなる整流器に代えて
サイリスタからなる整流器を用いることを特徴とする請
求項１に記載の交流電車用静止型周波数変換装置。 - 【請求項３】 前記自己消弧型半導体素子からなる電圧
型インバータに代えて自己消弧型半導体素子からなる電
流型インバータを用いることを特徴とする請求項１に記
載の交流電車用静止型周波数変換装置。 - 【請求項４】 電力系統と、この電力系統の周波数とは
異なる交流電力が供給される交流電車との間で電力を融
通するため、交流電力を直流電力に変換し変換された直
流電力を交流電力に変換するための交流電車用静止型周
波数変換装置において、 前記交流電車の力行電力は前記電力系統からサイリスタ
からなる整流器を用いて直流側に供給し、交流電車から
の回生電力は前記直流側から回生電力に応じた容量の自
己消弧型半導体素子からなる電流型インバータを用いて
電力系統に回生することを特徴とする交流電車用静止型
周波数変換装置。 - 【請求項５】 電力系統と、この電力系統の周波数とは
異なる交流電力が供給される交流電車との間で電力を融
通するため、交流電力を直流電力に変換し変換された直
流電力を交流電力に変換するための交流電車用静止型周
波数変換装置において、 前記交流電車の力行電力は前記電力系統からダイオード
からなる整流器を用いて直流側に供給し、交流電車から
の回生電力は前記直流側から回生電力に応じた容量の自
己消弧型半導体素子と抵抗からなる抵抗チョッパを用い
て消費することを特徴とする交流電車用静止型周波数変
換装置。 - 【請求項６】 前記ダイオードからなる整流器に代えて
サイリスタからなる整流器を用いることを特徴とする請
求項５に記載の交流電車用静止型周波数変換装置。 - 【請求項７】 前記自己消弧型半導体素子からなる電圧
型インバータに代えてサイリスタからなる電圧型インバ
ータを用いることを特徴とする請求項１に記載の交流電
車用静止型周波数変換装置。 - 【請求項８】 前記自己消弧型半導体素子からなる電流
型インバータに代えてサイリスタからなる電圧型インバ
ータを用いることを特徴とする請求項４に記載の交流電
車用静止型周波数変換装置。 - 【請求項９】 前記自己消弧型半導体素子からなる電圧
型インバータに代えてサイリスタからなる電流型インバ
ータを用いることを特徴とする請求項１に記載の交流電
車用静止型周波数変換装置。 - 【請求項１０】 前記自己消弧型半導体素子からなる電
流型インバータに代えてサイリスタからなる電流型イン
バータを用いることを特徴とする請求項４に記載の交流
電車用静止型周波数変換装置。 - 【請求項１１】 電力系統と、この電力系統の周波数と
は異なる交流電力が供給される交流電車との間で電力を
融通するため、交流電力を直流電力に変換し変換された
直流電力を交流電力に変換するための交流電車用静止型
周波数変換装置において、 サイリスタからなる可逆整流器を用いて交流電車への力
行電力と交流電車からの回生電力とを融通することを特
徴とする交流電車用静止型周波数変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9132666A JPH10327503A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 交流電車用静止型周波数変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9132666A JPH10327503A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 交流電車用静止型周波数変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10327503A true JPH10327503A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=15086663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9132666A Pending JPH10327503A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 交流電車用静止型周波数変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10327503A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2005269735A (ja) * | 2004-03-17 | 2005-09-29 | Toyota Motor Corp | 車両推進装置 |
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| WO2015029260A1 (ja) * | 2013-08-26 | 2015-03-05 | Tasaki Katsuto | 発電車両による社会大規模給電インフラシステム構築ビジネスモデル |
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-
1997
- 1997-05-23 JP JP9132666A patent/JPH10327503A/ja active Pending
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